Atomun Oluşumu

Mesaj gönderen **Siyabend** » 19 Mar 2008 08:58

Patlamanın her anındaki sıcaklık, atom parçacıklarının sayısı, o anda devreye giren kuvvetler ve bu kuvvetlerin şiddetleri çok hassas değerlere sahip olmalıdır. Bu değerlerin birinin bile sağlanamaması durumunda, bugün içinde yaşadığımız evren var olamazdı. Kastettiğimiz değerlerin herhangi birinin matematiksel olarak "0"a yakın bir miktarda dahi değişmesi, bu sonu hazırlamaya yeterlidir.

"0" anı: Ne maddenin, ne de zamanın var olmadığı ve patlamanın gerçekleştiği bu "an", fizikte t (zaman) = 0 anı olarak kabul edilmektedir. Yani t=0 anında hiçbir şey yoktur. Yaratılmanın başladığı bu "an"dan önceyi tarif edebilmek için, o anda var olan fizik kurallarını bilmemiz gerekir. Çünkü şu an var olan fizik kanunları patlamanın ilk anlarında geçerli değildir.

Fiziğin tanımlayabildiği olaylar en küçük zaman birimi olan 10-43 saniyeden itibaren başlar. Bu, insan aklının asla kavrayamayacağı bir zaman dilimidir. Peki acaba, hayal bile edemediğimiz, bu küçük zaman aralığında neler olmuştur? Fizikçiler bu anda meydana gelen olayları tüm detaylarıyla açıklayabilecek bir teoriyi şu ana kadar geliştirememişlerdir.

Fizikte her şey 10-43 saniye sonrasından itibaren hesaplanabilir ve ancak bu andan sonra enerji ve zaman tarif edilebilir. Yaratılışın bu anında, sıcaklık değeri 1032 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) derecedir. Bir kıyaslama yapacak olursak, güneşin sıcaklık derecesi milyonlarla (108), güneşten çok büyük yıldızların sıcaklığı ise ancak milyarlarla (1011) ifade edilir. Şu an tespit edebildiğimiz en yüksek sıcaklık milyar derecelerle sınırlıyken, 10-43 anındaki sıcaklığın ne derece yüksek olduğu konusunda bir kıyas yapabilmek mümkündür.

10-43 saniyelik bu dönemden bir aşama ileri gidip saniyenin 10-37 olduğu zamana geliriz. Bu iki süre arasındaki aralık bir-iki saniye gibi bir an değildir. Saniyenin katrilyon kere katrilyonda biri kadar bir zaman aralığından bahsedilmektedir. Sıcaklık yine olağanüstü yüksek olup 1029 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000)°C değerindedir. Bu aşamada henüz atomlar yaratılmamıştır.

Bir adım daha atıp 10-2 saniyelik döneme giriyoruz. Bu aralık, bir saniyenin yüzde birini ifade etmektedir. Bu zaman dilimi içinde sıcaklık 100 milyar derecedir. Bu dönemde "ilk evren" şekillenmeye başlamıştır. Daha atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibi parçacıklar görünürde yoktur. Ortada sadece elektron ve onun zıttı olan pozitron (anti-elektron) vardır. Çünkü evrenin o anki sıcaklığı ve hızı sadece bu parçacıkların oluşmasına izin verir. Yokluğun ardından patlama gerçekleşeli daha 1 saniye bile geçmeden, elektron ve pozitronlar oluşmuştur.

Bu andan sonra oluşacak her atom parçacığının hangi anda ortaya çıkacağı çok önemlidir. Çünkü şu andaki fizik kurallarının ortaya çıkması için her parçacık özel bir anda ortaya çıkmak zorundadır. Hangi parçanın önce oluşacağı çok büyük bir önem taşımaktadır. Bu sıralama ya da zamanlamadaki en ufak bir oynama sonucunda, evrenin bugünkü haline gelmesi mümkün olmazdı.

Bir aşama sonra, 10-1 saniye kadar bir zamanın geçtiği bir ana geliriz. Bu sırada sıcaklık 30 milyar derecedir. t=0 anından bu döneme gelene kadar henüz 1 saniye bile geçmemiştir. Ancak atomun diğer parçacıkları olan nötron ve protonlar artık belirmeye başlamıştır. Daha sonra kusursuz yapılarını inceleyeceğiniz nötron ve protonlar, işte bu şekilde yokluktan "an"dan bile kısa bir süre içerisinde yaratılmışlardır.

Patlamadan sonraki 1. saniyeye gelelim. Bu dönemdeki kütlesel yoğunluğun derecesine baktığımızda, yine olağanüstü büyük bir rakamla karşı karşıya olduğumuzu görürüz. Yapılan hesaplamalara göre bu dönemdeki mevcut kütlenin yoğunluk değeri, litre başına 3.8 milyar kilogramdır. Milyar kilogram olarak ifade edilen bu rakamı, aritmetik olarak tespit edebilmek ve bu rakamı kağıt üzerinde göstermek kolaydır.

Ancak, bu değeri tam olarak kavrayabilmek mümkün değildir. Bu rakamın büyüklüğünü daha kolay ifade edebilmek için çok basit bir örnek verecek olursak; "Himalayalardaki Everest tepesi bu yoğunluğa sahip olsaydı, kazanacağı çekim kuvveti ile dünyamızı bir anda yutabilirdi" diyebiliriz.

Bir sonraki zaman diliminin en belirgin özelliği ise sıcaklığın oldukça düşük bir değere ulaşmış olmasıdır. Evren artık yaklaşık 14 saniyelik bir ömre sahiptir ve sıcaklık da 3 milyar derecedir ve çok müthiş bir hızla genişlemeye devam etmektedir.

Hidrojen ve helyum çekirdekleri gibi kararlı atom çekirdeklerinin oluşmaya başladığı dönem de işte bu dönemdir. Yani bir proton ile bir nötron ilk defa yan yana durabilecekleri bir ortam bulmuşlardır. Kütleleri var ile yok arası olan bu iki parçacık olağanüstü bir çekim oluşturarak, o müthiş yayılma hızına karşı koymaya başlamışlardır. Ortada son derece bilinçli, kontrollü bir gidiş olduğu bellidir. İnanılmaz bir patlamanın ardından, büyük bir denge, hassas bir düzen oluşmaktadır. Protonlar ve nötronlar bir araya gelmeye, maddenin yapı taşı olan atomu oluşturmaya başlamışlardır. Oysa bu parçacıkların, maddeyi oluşturabilmek için gerekli hassas dengeleri sağlayabilecek bir güce ve bilince sahip olmaları elbette ki mümkün değildir.

Bu oluşumu takip eden dönemde, evrenin sıcaklığı 1 milyar dereceye düşmüştür. Bu sıcaklık güneşimizin merkez sıcaklığının 60 katıdır. İlk dönemden bu döneme kadar geçen süre sadece 3 dakika 2 saniyedir. Artık foton, proton, anti-proton, nötrino ve anti-nötrino gibi atom altı parçacıklar çoğunluktadır. Bu dönemde var olan tüm parçacıkların sayıları ve birbirleri ile olan etkileşimleri çok kritiktir. Öyle ki, herhangi bir parçacığın sayısındaki en ufak bir farklılık, bunların belirlediği enerji düzeyini bozacak ve enerjinin maddeye dönüşmesini engelleyecektir.

Örneğin elektron ve pozitronları ele alalım: Elektron ve pozitron bir araya geldiğinde enerji açığa çıkar. Bu sebeple ikisinin de sayıları çok önemlidir. Diyelim ki 10 birim elektron ve 8 birim pozitron karşı karşıya geliyor. Bu durumda, 10 birim elektronun 8 birimi, yine 8 birim pozitronla etkileşime girer ve böylece enerji açığa çıkar. Sonuçta, 2 birim elektron serbest kalır.

Elektron, evrenin yapı taşı olan atomu oluşturan parçacıklardan biri olduğundan, evrenin var olabilmesi için bu dönemde gerekli miktarda elektron olması şarttır. Az önceki örnek üzerinde düşünmeye devam edersek, karşı karşıya gelen elektron ve pozitronlardan, eğer pozitronların sayısı daha fazla olsaydı, sonuçta açığa çıkan enerjiden elektron yerine pozitronlar arta kalacak ve madde evreni asla oluşamayacaktı.

Pozitron ve elektronların sayısı eşit olsaydı, bu kez de ortaya sadece enerji çıkacak, maddesel evrene dair hiçbir şey oluşmayacaktı. Oysa elektron sayısındaki bu fazlalık, sonradan evrendeki protonların sayısına eşit olacak şekilde çok hassas bir ölçüyle ayarlanmıştır. Çünkü daha sonradan oluşacak olan atomda, elektron ve proton sayıları birbirine eşit olacaktır.

İşte, Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan parçacıkların sayısı bu kadar ince bir hesapla belirlenmiş ve sonuçta madde evreni oluşabilmiştir. Prof. Dr. Steven Weinberg bu parçacıklar arasındaki etkileşimin ne derece kritik olduğunu şu sözleriyle vurgulamaktadır: Evrende ilk birkaç dakikada gerçekten de kesin olarak eşit sayıda parçacık ve karşıt parçacık oluşmuş olsaydı, sıcaklık 1.000.000.000 derecenin altına düştüğünde, bunların tümü yok olur ve ışınım dışında hiçbir şey kalmazdı.

Bu olasılığa karşı çok iyi bir kanıt vardır: Var olmamız. Parçacık ve karşı parçacıkların yok olmasının ardından şimdiki evrenin maddesini sağlamak üzere geriye bir şeylerin kalabilmesi için, pozitronlardan biraz daha çok elektron, karşı protonlardan biraz daha çok proton ve karşı nötronlardan biraz daha çok nötron var olmalıydı.

İlk dönemden bu yana toplam 34 dakika 40 saniye geçmiştir. Evrenimiz artık yarım saat yaşındadır. Sıcaklık milyar derecelerden düşmüş, 300 milyon dereceye ulaşmıştır. Elektronlarla pozitronlar birbirleriyle çarpışarak enerji açığa çıkarmayı sürdürürler. Artık atomu oluşturacak olan parçacıkların sayıları, madde evreninin oluşmasına imkan sağlayacak şekilde dengelenmiştir.

Bu noktada ünlü fizikçi Prof. Stephen Hawking'in konuyla ilgili sözleri ilgi çekicidir. Hawking, anlatılan olayların aslında kavrayabildiğimizden çok daha ince hesaplar üzerine kurulduğunu şöyle açıklamaktadır: Eğer Big Bang'ten bir saniye sonra genişleme oranı, 100.000 milyon kere milyonda bir değeri kadar az olsaydı, evren genişlemeyi bırakıp kendi içine çökecekti.